Surface modification of magnetite nano-particles by molecular and polymeric ligands for toxic metal ion removal from water and as catalyst

Rahmaninia, Arman and Mansoori, Yagoub and Nasiri, Farough and Nasiri, Abolfazl (2019) Surface modification of magnetite nano-particles by molecular and polymeric ligands for toxic metal ion removal from water and as catalyst. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Payan name-Print2.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: In this project, we report synthesis and characterization of a new acrylamide-based monomer containing rhodanine moiety, N-3-amino-thiazolidine-4-one-acrylamide (ATA). Poly(ATA)-grafted magnetite nanoparticles were prepared using surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) of the monomer on Fe3O4 nanoparticles.The synthesis of a new silylating compound containing a birhodanine moiety, i.e.[(E)-5-(3-(3-(trimethoxysilyl)propyl)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-5-ylidene)-3-phenethyl-2-thioxothiazolidin-4-one] (TMOS-BIRD) have been reported.(TMOS-BIRD) has been synthesized and used for silylation of magnetite nanoparticles (MNPs). A magnetically supported Mo(VI) catalyst was then prepared by deposition of dichlorobis-(dimethylformamide)dioxomolybdenum (MoO2Cl2(dmf)2) on MNP@BIRD. Research Method: The nanoparticles were characterized by FT-IR analysis, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and vibrating sample magnetometry (VSM).NMR spectra were obtained on Bruker Avance 250 MHz and 400 MHz spectrophotometers. Mass spectrum of BIDP was recorded on an Agilent GC-Mass 5977A Series MSD. The FT-IR (KBr) spectra were recorded on a PerkinElmer RXI spectrophotometer (2 w/w% in KBr, resolution 4 cm-1, scan no. 6). TGA-DTA curves of the powdered samples were obtained on a Linseis STA PT 1000. Elemental analyses of the samples were performed on an Elementar CHN-O-Rapid FOSS instrument. XRD measurements were done on a diffractometer (Philips, X-Pro) at room temperature. The instrument was equipped with an X-ray radiation source using Cu Kα (λ= 0.15406 nm). The diffractograms were obtained in 2 range of 10–80° with scanning rate 1°/min. The SEM images were recorded on a LEO 1430VP instrument.The TEM images of samples were obtained by using a transmission electron microscope (Philips CM30) with an acceleration voltage of 80 kV. Vibrating sample magnetometer with a maximum magnetic field of 10 kOe (VSM, Maghnatis Daghigh Kavir Co., Iran) was used for magnetization measurements at room temperature. Dispersing of the nanoparticles was done in a Parsonic 7500S ultrasonic bath (PARS NAHAND ENGG. Co., Iran).UV-Vis measurements were carried out on a Cecil CE 1021 spectrometer at λmax= 530 nm. The pHs of the solutions were adjusted electrochemically using a pH meter (Metrohm). Findings: The amount of the grafted polymer was 209 mg/g, as calculated from thermo gravimetric analysis (TGA) experiment. The capability of poly(ATA)-g-MNPs to remove Co(II) cationswas shown under optimal conditions of contact time, pH, adsorbent dosage and initial Co(II) concentration. About 86% of the Co(II) cations were removed over seven min.Based on thermogravimetric analysis (TGA), the birhodanine content of the prepared nano-particles (NPs) was obtained as 48 mgg-1.The capability of MNP@BIRD for removal of Co(II) ions was shown after optimizing of adsorption conditions.Transmission electron microscopy (TEM) images clearly showed the shell formation of approximately 9.1 nm around MNPs with 20-30 nm diameter. Based on thermogravimetric analysis (TGA), the loaded amount of the catalyst was obtained as 77.3 mg g-1.Cyclooctene was used as a model substrate to optimize the reaction conditions, and the prepared magnetically retrievable catalyst was then used for epoxidation of various alkenes by t-butyl hydroperoxide (TBHP) as oxidant under solvent-free condition. The catalyst showed indicated excellent conversion (~97%), good turn over frequency (~383 h-1), and a short reaction time (10 min) at 95°C for epoxidation of cyclooctene. Conclusion: Based on the obtained results, poly(ATA)-g-MNPs are stable and reusable and could be potentially applied to water treatments in efficient and fast removal of Co(II) cations.MNP@BIRD NPs are stable, reusable and can be efficiently used in water and wastewater treatment processes and A highly efficient and magnetically retrievable supported Mo(VI) catalyst was synthesized and characterized which was successfully used to epoxide reaction of alkenes.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: اصلاح شیمیایی سطح نانوذرات مگنتيت با لیگاندهای مولکولی و پلیمری، به منظور حذف یون-های فلزی سمی از آب و به عنوان کاتالیزور در سنتز مواد آلی
Persian Abstract: هدف: هدف از انجام رسالهحاضر، بررسی سه روش اصلاح پلیمری، مولکولی و کاتالیزوری بر سطح نانوذرات مغناطیسی مگنتیت ومشاهده کاربرد ترکیبات نهایی در حذف یون¬های فلزی سمی از آب و به عنوان کاتالیزور در سنتز مواد آلی است. روش‌شناسی پژوهش:در پژوهش حاضر، پس از اتمام فرآیندهای سنتزی، ترکیبات با استفاده از روش¬های رایج طیف¬سنجی از جملهFT-IR،1H NMR ،13C NMR ،TEM ،SEM ،Mass ،XRD،VSM ،TGAشناسایی و تایید شدند. یافته‌ها:در بخش اول این کار تحقیقیبا استفاده از مونومر جدید تیازولیدینی با نام علمی N-3-آمینو-تیازولیدین-4-اون-آکریل آمید(ATA) ، پلی(-3-آمینو-تیازولیدین-4-اون-آکریل آمید) گرافت شده به سطح نانو ذرات مگنتیت با نام اختصاری (Poly(ATA)-g-MNPs)به روش پلیمریزاسیونی رادیکالی زنده ATRP سنتز شد. سپس توانایی نانوذرات مغناطیسی حاصل که دارای قابلیت کی¬لیت شوندگی می¬باشند، در حذف کاتیون کبالت(II) با روش اسپکتروسکوپی UV-Visible پس از بهینه سازی شرایط جذب، مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، مطالعات سینتیکی و ایزوترمی جهت تعیین بیشینه ظرفیت جذب بررسی شد. همچنین قابلیت بازیابی نانوجاذب مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم کار تحقیقی، بای رودانین جدیدی با نام علمی(E)-5-(3-(3-(تری متوکسی سیلیل)پروپیل) -4-اوکسو-2-تیوکسوتیازولیدین-5-ایلیدین) -3-فنتیل-2- تیوکسوتیازولیدین-4-اونبا نام اختصاری (TMOS-BIRD) سنتز شد و سپس اتصال شیمیایی این ترکیب از طریق دنباله سیلانیموجود در ساختار آن به سطح نانو ذرات مگنتیت انجام شد. سپس، کارایی جاذب کی¬لیت شونده، در حذف کاتیون کبالت (II) با روش جذباتمی پس از بهینه سازی شرایط جذب، مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، مطالعات سینتیکی و ایزوترمیجهت تعیین بیشینه ظرفیت جذب بررسی شد. همچنین قابلیت بازیابی جاذب مغناطیسی مورد بررسی قرار گرفت. نهایتا در بخش سوم کار تحقیقی، نانوذرات مغناطیسی سنتز شده در بخش دوم، جهت بررسی قابلیت-های کاتالیزوری هتروژن با عنصر مولیبدن کئوردینه شد و در واکنش اپوکسیددار شدن آلکن ها مورد ارزیابی کاربردی قرار گرفت. نتیجه‌گیری: در بخش اول، سینتیک و تعادل جذب به ترتیب، سینتیک شبه درجه دو و ایزوترم لانگمویر را نشان داد. پارامترهای جذب به دست آمده از مدل ایزوترم لانگمویر، جذب تک لایه روی سطح هتروژن را آشکار نمود. نتایج نشان داد که جاذب مغناطیسی تهیه شده یک جاذب ارزشمند برای حذف کاتیونهای کبالت از محلولهای آبی با15/2= Qe,exp می¬باشد. سیکل¬های جذب – واجذب نشان دادند که جاذب مغناطیسی برای حداقل هفت مرتبه قابل بازیافت هستند. در بخش دوم، سینتیک و تعادل جذب به ترتیب از سینتیک شبه درجه یک و ایزوترم لانگمویر پیروی می-کنند. پارامترهای جذب به دست آمده از ایزوترم لانگمویر نشان داد که جذب فیزیکی روی سطح رخ می¬دهد. سیکل¬های جذب و واجذب نشان دادند که جاذب حداقل برای هفت مرتبه قابل بازیافت می¬باشد. نانوذرات گرافت شده جهت استخراج کاتیون¬های کبالت از پساب¬ها می¬توانند به کار گرفته شوند. در بخش سوم، بررسی واکنش اپوکسایش با مشتقات اولفینی مختلف نشان داد که ترکیب سیکلواکتندر شرایط بدون حلال، نسبت 1:2اکسیدانت به سوبسترا،، دمای 95 درجه سانتی گراد، مقدار 5/9 میلی گرم از کاتالیزور و مدت زمان 10 دقیقه، بیشترین بازده (%97) را در مقایسه با سایر آلکن¬هابه خود اختصاص می دهد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Mansoori, YagoubUNSPECIFIED
Nasiri, FaroughUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Bezaatpour, AbolfazlUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Divisions: Subjects > Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Faculty of Basic Sciences > Department of Chemistry
Date Deposited: 26 Jun 2019 09:49
Last Modified: 26 Jun 2019 09:49
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/7116

Actions (login required)

View Item View Item